本發(fā)明涉及一種超分子配合物及制備和應(yīng)用方法，尤其涉及一種瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

瓜環(huán)，又名葫蘆脲(Cucurbit[n]uril簡稱Q[n]或CB[n])是一類具有大環(huán)空腔、兩端開口的籠狀化合物，因其結(jié)構(gòu)貌似南瓜又為環(huán)狀物而得名，是由苷脲單元通過亞甲基橋聯(lián)形成的一類新型大環(huán)化合物。瓜環(huán)的兩端分別分布著與其結(jié)構(gòu)單元數(shù)相同的羰基氧原子，同時(shí)其籠壁上含有四倍于其結(jié)構(gòu)單元數(shù)的氮原子，二甲基橋與甘脲通過胺鏈連接成環(huán)，構(gòu)成瓜環(huán)的非極性的疏水性內(nèi)腔。因此瓜環(huán)不僅可以選擇性的包結(jié)尺寸、形狀匹配的有機(jī)分子或某些分子的疏水基團(tuán)，還可通過配位鍵、氫鍵等不同的作用形式與其它分子或離子等發(fā)生端口作用分子開關(guān)、分子梭、信息存儲(chǔ)等方面,以及藥物緩釋、分子識(shí)別等方面都有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

手性(Chirality)是自然界的本質(zhì)屬性之一，手性識(shí)別是生物化學(xué)中最基本的過程之一，其在藥理學(xué)，生命科學(xué)、精細(xì)化工和材料科學(xué)等領(lǐng)域具有重要的理論和實(shí)際研究意義。各國學(xué)者利用環(huán)糊精、冠醚、大環(huán)糖肽類抗生素、線性多糖、蛋白質(zhì)、手性表面活性劑和配體交換、復(fù)合物等多種手性選擇劑在手性識(shí)別方面做了廣泛的研究，為人工合成受體作為手性識(shí)別的選擇劑奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

氨基酸是生物體中非常重要的有機(jī)小分子，它的分子結(jié)構(gòu)(例如手性和側(cè)鏈結(jié)構(gòu))是生命中最基本的分子信息。手性氨基酸分子與功能有機(jī)分子的共組裝能有效的將生物分子的結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)換為物理化學(xué)信號(hào)。對(duì)以氨基酸為底物的分子識(shí)別作用研究有助于更詳細(xì)地了解t-RNA識(shí)別、轉(zhuǎn)移某一特定氨基酸用于合成蛋白質(zhì)的表達(dá)過程，及化學(xué)領(lǐng)域中其它多種分子識(shí)別作用機(jī)理。

瓜環(huán)與手性氨基酸分子的超分子自組裝能有效的將生物分子的結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)換為物理化學(xué)信號(hào)，并通過物理化學(xué)手段(包括單晶X-射線衍射、核磁共振、粉末衍射、熱重分析等)對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行研究，瓜環(huán)具有疏水性空腔，可以包結(jié)氨基酸形成超分子自組裝體，而被包結(jié)的氨基酸手性基團(tuán)仍裸露在瓜環(huán)端口外，因而使得形成的自組裝體也具有手性。瓜環(huán)與氨基酸自組裝體的這一特點(diǎn)對(duì)于手性氨基酸的分子識(shí)別提供了有利條件，瓜環(huán)與氨基酸的手性構(gòu)筑為瓜環(huán)-氨基酸手性自組裝實(shí)體進(jìn)一步在手性拆分、核酸以及DNA切割等應(yīng)用領(lǐng)域的研究提供了有利信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物，本發(fā)明所述瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物具有穩(wěn)定性高和水溶性好的特點(diǎn)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物，包括八元瓜環(huán)化合物與客體L-3-(2-萘基)-丙氨酸合成的超分子配合物，還包括八元瓜環(huán)化合物與客體D-3-(2-萘基)-丙氨酸合成的超分子配合物；所述的八元瓜環(huán)化合物與客體L-3-(2-萘基)-丙氨酸合成的超分子配合物的分子式為[(C₁₃H₁₄NO₂)₂@(C₄₈H₄₈N₃₂O₁₆)]·(CdCl₄^2-)₂·(C₁₃H₁₄NO₂)₂·8(H₂O)，結(jié)構(gòu)式為：

所述的八元瓜環(huán)化合物與客體D-3-(2-萘基)-丙氨酸合成的超分子配合物的分子式為[(C₁₃H₁₄NO₂)₂@(C₄₈H₄₈N₃₂O₁₆)]·(CdCl₄^2-)₂·(C₁₃H₁₄NO₂)₂·7(H₂O)，結(jié)構(gòu)式為：

前述的瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物的制備方法為，按下述步驟制備：

a.將八元瓜環(huán)用鹽酸完全溶解，得溶液A；

b.將溶液A分成兩份，一份加入過量的客體D-3-(2-萘基)-丙氨酸混合，得混合液；另一份加入過量的客體L-3-(2-萘基)-丙氨酸混合，得混合液；再分別對(duì)兩份混合液加熱；

c.加熱后，分別對(duì)兩份混合液靜置直至出現(xiàn)結(jié)晶，最終分別得到兩種超分子配合物，即八元瓜環(huán)與D-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物、八元瓜環(huán)與L-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物。

較優(yōu)地，前述的瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物的制備方為，按下述步驟制備：

a.將八元瓜環(huán)用6M鹽酸完全溶解，得溶液A；

b.將溶液A分成兩份，一份與客體D-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為0.5～1.5:3～9混合，得混合液；另一份與客體L-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為0.5～1.5:3～9的比例混合，得混合液；再分別對(duì)兩份混合液在55～65℃下加熱1～5min；

c.加熱后，分別對(duì)兩份混合液靜置10～15天，直至出現(xiàn)結(jié)晶，最終分別得到兩種穩(wěn)定的主客體之比為1:2的超分子配合物，即八元瓜環(huán)與D-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物，八元瓜環(huán)與L-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物。

更優(yōu)地，前述的瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物的制備方法為，按下述步驟制備：

a.將35-50mg八元瓜環(huán)用5-15mL的6M鹽酸完全溶解，得溶液A；

b.將溶液A分成兩份，一份與客體D-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為0.8～1.2:5～7的比例混合，得混合液；另一份與客體L-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為0.8～1.2:5～7的比例混合，得混合液；混合后分別將兩份混合液在58～62℃下加熱1.5～3.5min；

c.加熱后，靜置11～14天，直至出現(xiàn)結(jié)晶，最終分別得到兩種穩(wěn)定的主客體之比為1:2的超分子配合物，即八元瓜環(huán)與D-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物、八元瓜環(huán)與L-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物。

最優(yōu)地，前述的瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物的制備方法為，按下述步驟制備：

a.將40mg八元瓜環(huán)用10mL的6M鹽酸完全溶解，得溶液A；

b.將溶液A分成兩份，一份與客體D-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為1:6的比例混合，得混合液；另一份與客體L-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為1:6的比例混合，得混合液；混合后分別將兩份混合液在60℃下加熱2min；

c.加熱后，靜置13天，直至出現(xiàn)結(jié)晶，最終分別得到兩種穩(wěn)定的主客體之比為1:2的超分子配合物，即八元瓜環(huán)與D-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物，八元瓜環(huán)與L-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物。

前述的瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物的應(yīng)用為：該超分子配合物用于金屬離子的識(shí)別，具體用于Hg²⁺、Pb³⁺及Ba²⁺的識(shí)別。

前述的瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物的應(yīng)用為：該超分子配合物還能用于對(duì)藥物的包結(jié),具體用于瓜環(huán)與多膚類藥物的包結(jié)。

前述的瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物的應(yīng)用為：該超分子配合物還能靶向識(shí)別特定的基團(tuán)的藥物載體。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的八元瓜環(huán)與手性氨基酸分子(D,L-3-(2-萘基)-丙氨酸)的超分子自組裝能有效的將生物分子的結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)換為物理化學(xué)信號(hào)，且八元瓜環(huán)具有疏水性空腔，能夠包結(jié)氨基酸形成超分子自組裝體，而被包結(jié)的氨基酸手性基團(tuán)仍裸露在瓜環(huán)端口外，因而使得形成的自組裝體也具有手性。瓜環(huán)與氨基酸自組裝體的這一特點(diǎn)對(duì)于手性氨基酸的分子識(shí)別提供了有利條件。而且，由于八元瓜環(huán)具有合適的瓜環(huán)空腔大小和修飾基團(tuán),更容易與萘基修飾基團(tuán)的氨基酸等小分子進(jìn)行鍵合，因而使得八元瓜環(huán)成為一種理想的超分子主體,選擇性地識(shí)別不同種類的氨基酸,以做成具有特異選擇性的生物學(xué)材料或靶向識(shí)別特定的基團(tuán)的藥物載體。

本發(fā)明所述的超分子配合物的氨基酸小分子進(jìn)入到八元瓜環(huán)化合物的瓜環(huán)空腔內(nèi)使瓜環(huán)空腔對(duì)氨基酸小分子形成包結(jié),通過該包結(jié)形成的超分子配合物可以提高藥物分子的穩(wěn)定性,藥物定向釋放,增加其水溶性,降低毒性。

本發(fā)明通過X-射線單晶衍射儀所得晶體數(shù)據(jù)顯示Q[8](即八元瓜環(huán)化合物)與L-3-(2-萘基)-丙氨酸、D-3-(2-萘基)-丙氨酸形成主客體物質(zhì)的量比為1:2的作用模式；結(jié)果證明Q[8]與D，L-3-(2-萘基)-丙氨酸能夠形成主客體之比為1:2的超分子配合物，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

¹HNMR技術(shù)研究結(jié)果顯示：客體D,L-3-(2-萘基)-丙氨酸的萘基以及丙氨酸上的亞甲基進(jìn)入了八元瓜環(huán)的內(nèi)腔，手性碳原子、氨基位于八元瓜環(huán)的端口外側(cè)，由于手性基團(tuán)仍然露在八元瓜環(huán)端口外，形成的瓜環(huán)-氨基酸組裝體(即超分子配合物)也具有了手性的特性，為對(duì)手性氨基酸分子的識(shí)別提供了條件。¹HNMR如圖3和4所示，由¹HNMR譜圖可知，萘基部分的各質(zhì)子共振峰均不同程度的向高場發(fā)生了較大的移動(dòng)，表明客體D,L-3-(2-萘基)-丙氨酸的萘基部分處于瓜環(huán)Q[8]的空腔內(nèi)。這一結(jié)果與圖5-圖8的晶體數(shù)據(jù)結(jié)果相一致。

由圖5可知，固定D-3-(2-萘基)-丙氨酸的量，在室溫條件下，隨著八元瓜環(huán)的加入，紫外吸收強(qiáng)度下降，同時(shí)有輕微的紅移；八元瓜環(huán)與L-3-(2-萘基)-丙氨酸的紫外光譜得到同樣的結(jié)果(如圖6所示)。具體地，圖5和圖6分別描述了Q[8]與L-NapAla(L-3-(2-萘基)-丙氨酸)、D-NapAla(D-3-(2-萘基)-丙氨酸)相互作用體系的紫外光譜及吸光度隨主客體物質(zhì)的量之比的變化曲線?？腕w濃度固定為4.0×10^-5mol/L，主體濃度從4.0×10^-6mol/L逐漸增加到兩倍的客體濃度。從曲線可以看出，隨著Q[8]濃度的增加，初始階段吸光度下降幅度較大，然后逐漸變?yōu)槠骄?，曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在N_Q[8]/N_Guest接近0.5處，說明Q[8]和L-NapAla、D-NapAla分子均形成1∶2的包結(jié)物，該包結(jié)物即為本發(fā)明所述的超分子配合物。

由圖7和圖8的八元瓜環(huán)及D，L-3-(2-萘基)-丙氨酸熒光光譜數(shù)據(jù)可知，隨著八元瓜環(huán)的加入，發(fā)射波長為λ＝334nm處的熒光光譜熒光強(qiáng)度下降，而λ＝410nm處的發(fā)射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。具體地，圖7和圖8分別給出了八元瓜環(huán)與客體L-NapAla、D-NapAla相互作用體系的熒光光譜和作用體系最大熒光發(fā)射波長處的熒光強(qiáng)度與主客體物質(zhì)的量之比的關(guān)系曲線，L-NapAla、D-NapAla的最大熒光發(fā)射波長分別為335nm和334nm，在此范圍內(nèi)，瓜環(huán)不產(chǎn)生熒光。對(duì)于Q[8]與L-NapAla、D-NapAla作用體系，隨著體系中瓜環(huán)量的不斷增加，不僅發(fā)光體的最大熒光發(fā)射波長處的熒光強(qiáng)度不斷減弱，而且在長波方向λ＝410nm處出現(xiàn)一個(gè)新的發(fā)射峰且熒光強(qiáng)度在不斷增強(qiáng)。這是由于客體被Q[8]包結(jié)后，雖然從原來的極性環(huán)境進(jìn)入了一個(gè)疏水性的微環(huán)境，但由于進(jìn)入瓜環(huán)內(nèi)腔的兩分子發(fā)光體發(fā)生碰撞失活的幾率增大，導(dǎo)致客體最大發(fā)射波長處的熒光強(qiáng)度降低，同時(shí)發(fā)射波長紅移產(chǎn)生一新的發(fā)射峰。在瓜環(huán)的加入量達(dá)到N_Q[8]/N_L-NapAla～2＝1∶2左右時(shí)，最大熒光發(fā)射波長處的發(fā)射峰強(qiáng)度減弱到最低值；而λ＝410nm處的發(fā)射峰強(qiáng)度增強(qiáng)到一個(gè)最高值。

利用核磁滴定法,定量地評(píng)估主客體的鍵合行為，當(dāng)客體被包結(jié)在主體空腔內(nèi)時(shí)產(chǎn)生的去屏蔽效應(yīng)會(huì)使主體萘環(huán)上的質(zhì)子峰向高場移動(dòng)。若保持主體濃度不變,向體系中加入客體時(shí),比較Q[8]與L-NapAla的核磁滴定譜圖，萘基部分的各質(zhì)子共振峰(質(zhì)子4～10)均不同程度的向高場發(fā)生了較大的移動(dòng)表明客體L-NapAla的萘基部分處于瓜環(huán)Q[8]的內(nèi)腔且位于Q[8]內(nèi)腔較深的部位，同時(shí)丙氨酸的亞甲基上的2個(gè)質(zhì)子中，1個(gè)質(zhì)子的化學(xué)位移基不移動(dòng)，而另一個(gè)質(zhì)子向高場移動(dòng)，與氨基相連的質(zhì)子1的化學(xué)位移也向低場移動(dòng)，以上信息表明客體L-NapAla上丙氨酸部分的亞甲基也被Q[8]所包結(jié)，而氨基則位于Q[8]的端口。另外，由圖4的Q[8]及L-NapAla的核磁滴定譜圖計(jì)算出了L-NapAla-Q[8]體系各質(zhì)子峰的的積分強(qiáng)度比，可推算出主客體的相互作用比例為1∶2。由此可見，客體L-NapAla的萘基以及丙氨酸上的亞甲基進(jìn)入了Q[8]內(nèi)腔，氨基位于Q[8]的端口外側(cè)。其結(jié)果與圖2的晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。

通過MALDI-TOF質(zhì)譜分析結(jié)果可知，八元瓜環(huán)與D,L-3-(2-萘基)-丙氨酸能夠形成穩(wěn)定的主客體之比為1:2的超分子配合物，分析結(jié)果如圖9和圖10所示。

本發(fā)明的超分子配合物能夠用于金屬離子的識(shí)別，具體地，能從Al³⁺，Pb³⁺，Co²⁺，K⁺，Mg²⁺，Li⁺，NH₄⁺,Mn₂⁺,Ca₂⁺,Na⁺,Zn²⁺,Ni²⁺,Fe²⁺，Ba²⁺，Cd²⁺,Hg²⁺金屬離子中識(shí)別Hg²⁺,Pb³⁺及其Ba²⁺。如圖11所示，向體系(即超分子配合物體系)中加入Hg²⁺,Pb³⁺時(shí)，體系的熒光明顯下降；加入Pb³⁺時(shí)，體系的熒光336nm處熒光強(qiáng)度無變化，398nm處熒光強(qiáng)度幾乎沒變；加入Hg²⁺時(shí)，體系的熒光在336nm及398nm處熒光強(qiáng)度明顯降低；加入Ba²⁺時(shí)，體系的熒光在336nm處熒光強(qiáng)度強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，而398nm處熒光強(qiáng)度下降。其結(jié)果說明超分子配合物對(duì)Hg⁺,Pb³⁺及其Ba²⁺有明顯的識(shí)別作用。這就提供了一種簡便的檢測Hg⁺，Pb³⁺,Ba²⁺的簡便方法。

附圖說明

圖1為X-射線單晶衍射儀所得的八元瓜環(huán)化合物與客體D-3-(2-萘基)-丙氨酸合成的超分子配合物晶體結(jié)構(gòu)式；

圖2為X-射線單晶衍射儀所得的八元瓜環(huán)化合物與客體L-3-(2-萘基)-丙氨酸合成的超分子配合物晶體結(jié)構(gòu)式；

圖3為八元瓜環(huán)及D-3-(2-萘基)-丙氨酸的¹HNMR；

圖4為八元瓜環(huán)及L-3-(2-萘基)-丙氨酸的¹HNMR；

圖5為八元瓜環(huán)及D-3-(2-萘基)-丙氨酸的紫外光譜數(shù)據(jù)；

圖6為八元瓜環(huán)及L-3-(2-萘基)-丙氨酸的紫外光譜數(shù)據(jù)；

圖7為八元瓜環(huán)及D-3-(2-萘基)-丙氨酸的熒光光譜數(shù)據(jù)；

圖8為八元瓜環(huán)及L-3-(2-萘基)-丙氨酸的熒光光譜數(shù)據(jù)；

圖9為八元瓜環(huán)及D-3-(2-萘基)-丙氨酸的MALDI-TOF質(zhì)譜分析結(jié)果；

圖10為八元瓜環(huán)及L-3-(2-萘基)-丙氨酸的MALDI-TOF質(zhì)譜分析結(jié)果；

圖11為八元瓜環(huán)及L-3-(2-萘基)-丙氨酸的超分子配合物的金屬離子識(shí)別的熒光光譜。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1。一種瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物的制備方法，按下述步驟制備：

a.將40mg八元瓜環(huán)用10mL的6M鹽酸完全溶解，得溶液A；

b.將溶液A分成兩份，一份與客體D-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為1:6的比例混合，得混合液；另一份與客體L-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為1:6的比例混合，得混合液；混合后分別將兩份混合液在60℃下加熱2min；

c.加熱后，靜置13天，直至出現(xiàn)結(jié)晶，最終分別得到兩種穩(wěn)定的主客體之比為1:2的超分子配合物，即八元瓜環(huán)與D-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物，該超分子配合物的分子式為[(C₁₃H₁₄NO₂)₂@(C₄₈H₄₈N₃₂O₁₆)]·(CdCl₄^2-)₂·(C₁₃H₁₄NO₂)₂·7(H₂O)；八元瓜環(huán)與L-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物，該超分子配合物的分子式為[(C₁₃H₁₄NO₂)₂@(C₄₈H₄₈N₃₂O₁₆)]·(CdCl₄^2-)₂·(C₁₃H₁₄NO₂)₂·8(H₂O)。

實(shí)施例2。一種瓜環(huán)與氨基酸合成的超分子配合物的制備方法，按下述步驟制備：

a.配制A、B兩份溶液，兩份溶液均將10.0mg八元瓜環(huán)用2.0mL的6M鹽酸完全溶解；

b.將溶液A與客體D-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為1:4混合，得混合液，對(duì)該混合液在55～65℃下加熱1～5min；將溶液B與客體L-3-(2-萘基)-丙氨酸按八元瓜環(huán)化合物與客體的物質(zhì)的量比為1:4混合，得混合液，對(duì)該混合液在55～65℃下加熱1～5min；

c.加熱后，分別對(duì)兩份混合液靜置15天，直至出現(xiàn)結(jié)晶，最終分別得到兩種穩(wěn)定的主客體之比為1:2的超分子配合物，即八元瓜環(huán)與D-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物，該超分子配合物的產(chǎn)率為40～45％，分子式為[(C₁₃H₁₄NO₂)₂@(C₄₈H₄₈N₃₂O₁₆)]·(CdCl₄^2-)₂·(C₁₃H₁₄NO₂)₂·7(H₂O)；八元瓜環(huán)與L-3-(2-萘基)-丙氨酸超分子配合物，該超分子配合物的產(chǎn)率為35～45％，分子式為[(C₁₃H₁₄NO₂)₂@(C₄₈H₄₈N₃₂O₁₆)]·(CdCl₄^2-)₂·(C₁₃H₁₄NO₂)₂·8(H₂O)。